Bir hujayrali RNK ketma-ketligi orqali aniqlangan buyrak kasalliklarida miyeloid heterojenlik

Abstrakt

Buyrak kasalligi tobora ortib borayotgan global salomatlik yukini ifodalaydi va yurak-qon tomir kasalliklari uchun mustaqil xavf omilidir. Miyeloid hujayralar immunitet tizimining asosiy hujayra bo'limidir; ular sog'lom buyrakda topiladi va shikastlangan va / yoki kasal buyrakda soni ortib boradi, bu erda ular shikastlanish, yallig'lanish va fifibrozning rivojlanishida asosiy o'yinchilar bo'lib ishlaydi. Ular mahalliy muhitdagi ogohlantirishlarga javoban turli xil fenotipik va funktsional xususiyatlarni o'zlashtirgan juda katta plastika va heterojenlikka ega. Bu o'ziga xos murakkablik buyrakda to'liq tushunilishi kerak bo'lsa-da, bir hujayrali genomikadagi yutuqlar buni o'zgartirishga va'da beradi. Xususan, bitta hujayrali RNK ketma-ketligi (scRNA-seq) buyrakni tadqiq qilishda transformativ ta'sir ko'rsatdi, bu misli ko'rilmagan aniqlik va o'tkazuvchanlikda yagona hujayralar transkriptomlarini profillash va tahlil qilish va keyinchalik hujayra atlaslarini yaratish imkonini berdi. Oldinga siljish, scRNA- va bitta yadroli RNK-seqni kattaroq aniqlikdagi fazoviy transkriptomika bilan birlashtirish turli xil etiologiyali buyrak kasalliklarining fazoviy xaritasini immun hujayralar va immun bo'lmagan buyrak hujayralarining naqshini yanada aniqlash imkonini beradi. Ushbu sharhda miyeloid hujayralarining buyrak salomatligi va kasalliklaridagi roli umumlashtiriladi, eksperimental ish oqimi hozirda scRNA-seq texnologiyalari va miyeloid hujayralar va buyraklar kontekstida scRNA seq yordamida chop etilgan topilmalar uchun mavjud.

Herba Cistanche buyraklar uchun foydalari uchun bosing

Reychel MB Bell va Laura Denbi

Kirish

Buyrak murakkab organ bo'lib, fiziologik gomeostaz uchun zarur bo'lgan turli funktsiyalarni bajaradi va shuning uchun buyrak kasalligi bilan og'rigan bemorlarda ko'pincha jiddiy asoratlar va qo'shma kasalliklar mavjud (1,2). Buyrak kasalliklarining namoyon bo'lishi keng ko'lamli bo'lib, o'tkir buyrak shikastlanishi (AKI), otoimmün kasalliklar va buyrak transplantatsiyasini rad etishni o'z ichiga oladi, ularning barchasi bevosita yoki bilvosita immunitet vositachiligida (3). Tarqalishining ortib borishi sababli, buyrak kasalligi global sog'likka ham kasallanish va o'limning bevosita sababi, ham yurak-qon tomir kasalliklari uchun asosiy xavf omili sifatida katta ta'sir ko'rsatmoqda (1). Miyeloid hujayralar tanadagi eng ko'p yadroli gematopoetik hujayralar bo'lib, ular monotsitlar, makrofaglar, dendritik hujayralar (DC) va granulotsitlarni o'z ichiga oladi. Miyeloid hujayralar immunitet tizimining muhim qismini tashkil qiladi va turli funktsiyalarga ega (4). Buyrakdagi makrofaglar va DClar, eng muhimi, turli xil haqoratlardan keyin organlarning gomeostazasiga, shikastlanishiga va reparativ jarayonlarga ta'sir ko'rsatishi ko'rsatilgan. Ularning funktsiyasi, fenotipik spektri va boshqa immun va immun bo'lmagan hujayralar bilan o'zaro ta'siri murakkab va to'liq tushunilmagan (3,5). Immun tizimi haqidagi tushunchamiz bir hujayrali rezolyutsiyani, birinchi navbatda, mikroskopiya va oqim sitometriyasini ta'minlaydigan texnologiyalarni qo'llash orqali rivojlangan. Ushbu texnologiyalar bilan bir vaqtning o'zida o'lchash mumkin bo'lgan parametrlar soni cheklangan va qaysi antigenlar mavjudligi haqida oldindan ma'lumotga bog'liq. So'nggi yillarda hujayralardagi genlarning ekspression darajasini har tomonlama o'lchashga qaratilgan bir hujayrali RNK ketma-ketligi (scRNA-seq)dagi taraqqiyot immun hujayralarini profillash qobiliyatini o'zgartirdi (2,6,7)

Buyrak salomatligi va kasalliklarida miyeloid hujayralarning roli

Miyeloid hujayralar adaptiv xususiyatga ega bo'lib, ular gomeostatik yoki yallig'lanishli bo'lishidan qat'i nazar, o'tkinchi javoblarni, boshqariladigan differentsiatsiyani, to'qimalarga (qayta) joylashishini va turli xil atrof-muhit stimullariga javoban plastisiyani namoyish etadi (4). Bu ularni buyrakda o'rganish bilan bog'liq murakkablikni anglatadi, chunki bu asosiy gemofiltratsiya organi fazoviy jihatdan bir xil bo'lmagan qiyin muhitni taklif qiladi va buyrak po'stlog'i va medulladagi immunitet hujayralari turlarining farqlari haqida xabar berilgan (8,9). Makrofaglar buyrakda eng ko'p tarqalgan miyeloid hujayra turi bo'lib, DC bilan birgalikda erkin filtrlangan antijenik materialga yallig'lanish reaktsiyalarini muvofiqlashtiradi va buyrakni infektsiyadan himoya qiladi (8). Muhimi, ular buyrak kasalliklarining boshlanishi va rivojlanishida va keyinchalik to'qimalarning yangilanishida ishtirok etadilar. Ushbu xilma-xillik tufayli, odatda, makrofaglar yallig'lanishga qarshi (M1 yoki "klassik faollashtirilgan") va to'qimalarni tiklovchi (M2 yoki "muqobil ravishda faollashtirilgan") fenotiplarga bo'linadi.

Biroq, bu tavsif nafaqat makrofaglar, balki o'ziga xos plastisiyaga ega bo'lgan DClar bilan ham soddalashtirilgan. Darhaqiqat, kasallik bilan bog'liq miyeloid hujayralar pro va yallig'lanishga qarshi xususiyatlarga ega bo'lgan imzo marker genlarini almashish uchun ishonchli dalillar mavjud (4,10). Immunitet hujayralari odatda turli xil hujayra sirt belgilari bilan belgilanadi, garchi turli xil miyeloid hujayralar ko'plab umumiy belgilarga ega; shuning uchun qiziqishning hujayra turini aniqlash uchun ko'pincha bir nechta markerlar talab qilinadi. Bundan tashqari, markerlar turlar orasida farq qilishi mumkin (1-jadval). Immunogistokimyo va boshqa sitometriya ko'pincha hujayra ichidagi va hujayradan tashqari belgilarni aniqlash uchun ishlatiladi (6). Sichqonlarda buyrakda yashovchi makrofaglar (CD11bloF4/80hi) ikki tomonlama gematopoetik kelib chiqishi bo'lib, sariq qop va aniq gematopoezdan kelib chiqadi, Ly6Clo "patrullik qiluvchi" monotsitlar (odamlarda CD14loCD16hi) (11-13). Yallig'lanish sharoitida Ly6Chi monotsitlari (odamlarda CD14hiCD162) buyrak ichiga kirib, (CD11bhiF4/80lo) makrofaglarga (11-13) differensiallashadi. Taxminan 16 ta parametr va spektral oʻzaro bogʻliqlikdan kelib chiqadigan muammolar bilan chegaralangan boʻlishiga qaramay, sitometriya, xususan, juda foydali boʻldi va eng asosiy bir hujayrali texnologiyani ifodalaydi, ammo miyeloid hujayralarning toʻliq fenotipik spektrini taʼminlash dargumon (6). ,7,10).

Yagona hujayrali ketma-ketlik texnologiyalariga umumiy nuqtai

Mikroarray va ommaviy RNK-seq kabi yuqori o'tkazuvchanlik genlarini ifodalash usullari murakkab organ transkriptomlarini yaxshiroq tushunishni ta'minladi; ammo, ularning RNK kiritish talablari birlashtirilgan populyatsiyalar bo'yicha cheklangan tadqiqotlarga ega. Buyrakda 20 ta turli hujayra turlari (shu jumladan epitelial, endotelial, mezenximal va immun populyatsiyalar) bo'lganligi sababli, buyrak to'qimalarining hosil bo'lgan gen ekspresyon profili bu heterojen tarkibiy qismlar uchun faqat o'rtacha ko'rsatkichni aks ettiradi (14). Buyrak ichida proksimal tubula hujayralari soni ustunlik qiladi va shuning uchun kamdan-kam populyatsiyalarning ifoda profilini yashirishi mumkin. scRNA-seq texnologiyalari ma'lum bir namunadagi alohida hujayralar transkriptomlarini ob'ektiv tekshirish, sutemizuvchilar buyrak komponentlarining hujayra atlaslarini yaratish orqali ushbu cheklovlarni hal qildi. Shunisi e'tiborga loyiqki, buyraklar bo'yicha tadqiqot jamiyati ochiq kirishga sarmoya kiritgan va bu ma'lumotlarni veb-saytlar orqali erkin foydalanishga imkon bergan (2-jadval). Bu hujayraning heterojenligini xolis baholash, yangi hujayra holatlari va pastki tiplarini aniqlash va juda yuqori aniqlik va aniqlikda dinamik hujayra o'tishlarini aniqlash imkonini beradi (6,14,15).

Bugungi kunga qadar bir nechta scRNA-seq texnikasi taklif qilingan va yangi protokollarni ishlab chiqish tadqiqotning juda faol sohasi hisoblanadi (Li va Xamfri [16] tomonidan ko'rib chiqilganidek). Umuman olganda, barcha scRNA-seq tajribalari umumiy ish jarayoniga ega: namuna tayyorlash, bitta hujayrali ushlash, teskari transkripsiya va transkriptomani kuchaytirish, kutubxona tayyorlash, ketma-ketlik va tahlil (1-rasm). Yagona yadroli RNK-seq (snRNA-seq) scRNA-seqga tobora ommalashgan muqobil hisoblanadi. Bu erda yadrolar hujayralardan ajratiladi va tomchilar asosidagi ketma-ketlik uchun ishlatiladi (14). snRNA-seq kattalar buyragidagi scRNA-seq bilan taqqoslanadigan gen aniqlanishi va yallig'langan fibrotik buyrakda dissotsiatsiyadan kelib chiqqan transkripsiyaviy stress reaktsiyalarini bartaraf etishi haqida xabar berilgan. Bundan tashqari, u muzlatilgan namunalar bilan mos keladi, ammo samaradorligi pastroq bo'lgan immunitet hujayralarini ushlaydi (19). Buning sababi noaniqligicha qolmoqda. Shunday qilib, ushbu usul yordamida buyrak leykotsitlari haqida maksimal ma'lumotga ega bo'lish uchun buyrak hujayralarining umumiy populyatsiyasining atigi 2-17 foizini tashkil etadigan CD451 hujayralarini ajratish kerak bo'lishi mumkin (20).

MikroRNK, proteomik yoki metabolik ma'lumotlarni to'g'ridan-to'g'ri o'lchash imkonini beradigan ko'plab boshqa bir hujayrali texnikalar ishlab chiqilmoqda, bu scRNA-seq va snRNA-seq yondashuvlari ta'minlamaydi. Eng muhimi, transkriptlar va hujayra sirti oqsillarini bir vaqtda ekspressiv profillash, masalan, RNK ifodasi va oqsil (REAP) ketma-ketligi (21) va transkriptomlar va epitoplarning hujayra indekslanishi (22) - endi korrelyatsiyaga imkon beradi. transkriptomik ma'lumotlar bilan protein ifodasi. Bundan tashqari, transposazaga kirish mumkin bo'lgan kromatinni (ATAC) ketma-ketlik bilan tahlil qilish epigenetik heterojenlikni o'rganishga imkon beruvchi xromatin mavjudligini profillash imkonini beradi (23). Yaqinda u snRNA-seq bilan birgalikda inson buyragidagi proksimal tubula va qalin ko'tarilgan a'zolardagi noyob hujayra holatlarini aniqlash uchun ishlatilgan (24) va sichqonlarda buyrak rivojlanishi bilan bog'liq asosiy xromatinni qayta qurish hodisalari va gen ekspresyon dinamikasini aniqlash (2-rasm). ) (25).

Buyrak aniq mintaqaviy farqlarga ega bo'lganligi sababli, hujayralarning anatomik joylashuvi va hujayralararo o'zaro ta'siri muhim ahamiyatga ega, ammo dissotsiatsiyalangan yagona hujayralarni tahlil qilishda bu omillar asosan yo'qoladi. O'zaro ta'sirlar kimyokinlar va sitokinlar uchun retseptor-ligand juftliklari tahlilidan ma'lum darajada aniqlanishi mumkin; ammo bunday savollarga to'liq javob berish uchun hujayralar orasidagi fazoviy munosabatlarni to'g'ridan-to'g'ri tasavvur qilish kerak. Bu shuni anglatadiki, buyrakda infiltratsiya qilinadigan yoki yashaydigan leykotsitlar populyatsiyasini buyrak tomirlari orqali aylanib yuradiganlardan ajratish mumkin emas (6,15). scRNA-seq va snRNA-seqni fazoviy transkriptomika bilan birlashtirish bu jihatni yaxshilashi mumkin. Haqiqatan ham, Ferriera va boshqalar. (26) yaqinda sichqonchaning AKI modellarida transkriptomik imzoni fazoviy xaritalash uchun ushbu qo'shimcha texnologiyalardan foydalangan va buni inson namunalariga qanday qo'llash mumkinligini ko'rsatgan. Ular immun va epiteliya hujayralarini kolokalizatsiya qilish naqshlarini aniqladilar va qaror bilan cheklangan bo'lsa-da, bu metodologiyalar kelajakdagi ishlar bilan yaxshilanishi mumkin.

Buyrak salomatligi bo'yicha scRNA-Seq tadqiqotlari

Oddiy buyrakning keng qamrovli hujayrali anatomiyasi buyrak kasalligining rivojlanishi va hal qilinishini to'liq tushunish uchun juda muhimdir; ammo, bugungi kunga qadar, sog'lig'ida buyrakdagi immunitetli populyatsiyalarni to'liq xaritaga tushirishga urinishlar cheklangan. 2018 yilda Park va boshqalar. (2) sichqonchaning sog'lom buyragidan uzoq bo'lgan birinchi va eng katta miqyosdagi sichqonchaning buyrak hujayralari scRNA-seqsini taqdim etdi. Ular nefronni va ilgari ma'lum bo'lgan buyrak immun hujayralari turlarini, shu jumladan rezident makrofaglar va neytrofillarni o'z ichiga olgan asosiy hujayra subtiplarini aniqladilar. Shu bilan birga, ba'zi miyeloid subtiplari aniqlanmagan bo'lishi mumkin, ehtimol shikastlanmagan buyrakda kichik ulushga ega bo'lgan immunitet hujayralari turlari va/yoki namunani tayyorlash tufayli, chunki hujayralarning taxminan 25 foizi ushbu tadqiqotda sifat nazoratidan o'tmagan.

Yaqinda o'tkazilgan asosiy tadqiqotda, sog'lom odamning kattalar va homila buyraklarida global immun landshaftini aniqlash uchun oqim va massa sitometriyasi bilan scRNA-seq qo'llanildi, hayot davomida hujayralarni profillashtirdi (9). Mononuklear fagotsitlar (MNP), tabiiy qotil (NK) hujayralar va T hujayralari eng keng tarqalgan bo'lib, etuk buyrak miyeloid bo'limida MNPs, neytrofillar, mast hujayralari va plazmatsitoid DCs (pDC) ning to'rtta kichik to'plami aniqlangan. MNP klasterida monotsitlardan kelib chiqqan ikkita makrofag populyatsiyasi ustunlik qilgan: biri transkripsiya jihatidan CD141 klassik monositlariga, ikkinchisi esa CD161 klassik bo'lmagan monositlarga o'xshash edi. Shuningdek, u CD206 ni ifodalovchi yallig'lanishga qarshi M2 transkriptomasiga egilgan an'anaviy DC (CDC) populyatsiyasini va to'qima-makrofag populyatsiyasini o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, tadqiqotchilar immun hujayralarining anatomik lokalizatsiyasini ko'rsatdilar, ularning ishlarini buyrakning ma'lum hududlarida ishlab chiqarilgan ommaviy RNK-seq ma'lumotlariga havola qilib, korteks bilan solishtirganda medulla va tosda immun pastki to'plamlarning differentsial taqsimlanishini aniqladilar. Ligand-retseptorlar o'zaro ta'sirini tahlil qilish, epiteliya va immun hujayralar o'zaro ta'sirini ko'rsatib, antibakterial makrofaglar va neytrofillarni buyrakning siydik yo'llaridan yuqoriga ko'tarilgan infektsiyaga eng sezgir bo'lgan hududlarida lokalizatsiya qilish uchun taxmin qilingan. Bu medullaning yuqori interstitsial natriy kontsentratsiyasi quvurli epiteliya hujayralari tomonidan kimyokinlar ishlab chiqarishni rag'batlantirayotganini ko'rsatadigan oldingi ishlarga mos keladi, bu esa ko'tarilgan bakterial infektsiyadan kelib chiqadigan immunologik tahdidga qarshi turish uchun makrofaglarni joylashtirishga yordam beradi (8). Xomilaning buyraklarida immun hujayralarining ma'lum hududlarda lokalizatsiyasini tashkil qilish qobiliyati yo'q edi, bu yallig'lanish va immunitetni himoya qilishdagi rollarni ko'rsatadigan transkripsiya imzolarini postnatal sotib olish bilan (9). Menon va boshqalar tomonidan yaqinda o'tkazilgan yana bir tadqiqot. (27) o'simta-nefrektomiya, kuzatuv va reperfuzion biopsiyalardan olingan kasal bo'lmagan inson namunalarida rezident immun hujayralarini aniqladi; Bular ikkita miyeloid klasterni o'z ichiga oladi, garchi ular kichik turlarga ajratilmagan.

Immun tizimidagi dinamik o'zgarishlar qarishning o'ziga xos belgisidir (28). Yaqinda scRNA-seq 1 oydan 30 oygacha bo'lgan yosh guruhlariga mansub C57BL/6J sichqonlaridan olingan bir necha organ va to'qimalarning .350,000 hujayralarida o'tkazildi (29). Umumiy xilma-xillik reytingini hisoblab chiqqandan so'ng, buyrak makrofaglarining ikkita klasteri aniqlandi, ularning tarkibi yoshga qarab sezilarli darajada o'zgargan. Bitta klaster asosan yallig‘lanishga qarshi belgi bilan boyitilgan 1- va 3-oylik sichqonlarning hujayralaridan tashkil topgan (masalan, Cq1a, Cd74, Cd81). Aksincha, boshqa klaster asosan yalligʻlanishga qarshi makrofag holatiga oʻxshash 18-, 21-, 24- va 30- oylik sichqonlarning hujayralaridan tashkil topgan (masalan, Intgal, Msrb1). Hozirgi vaqtda odamlarda bunday keng qamrovli qarish tadqiqotlari mavjud emas, ammo kelajakda buyrak kasalliklarining tarqalishi yoshga qarab oshib borishi sababli ularni amalga oshirish muhim bo'ladi (1).

Garchi inson va sichqon to'qimalarida tadqiqotlar olib borilgan bo'lsa-da, etarlicha yangi odam namunalarini olishda kamchiliklar mavjud bo'lib, tarjima muammolarini bartaraf etish muhimligini ta'kidlaydi. Tadqiqotlar sichqoncha to'qimalarida miyeloid hujayra turlarining aniq belgilangan belgilarini aniqladi, ammo ular turlar bo'ylab saqlanib qolmaydi. Mashhur misol - F4/80 (adgre1 tomonidan kodlangan), u sichqonlarda to'qimalarda yashovchi makrofaglarni aniqlash uchun ishlatiladi, lekin odamlarda makrofaglar populyatsiyasi tomonidan ifodalanmaydi. Bundan tashqari, CD11c va MHCII kabi DClarni makrofaglardan farqlash uchun tarixan ishlatilgan markerlar hozirda to'qima makrofaglari tomonidan tez-tez ifodalanganligi ma'lum (28,30). Zimmerman va boshqalar. (31) o'zaro turdagi buyrak makrofagiga xos markerni aniqlash uchun scRNA-seqdan foydalangan. Limfotsitlar soni chiqarib tashlangan CD451 hujayralari bitta sichqon, kalamush, cho'chqa va inson buyragidan ajratilib, C1q ni ifodalovchi hujayralar klasterini aniqladi. Sichqonlarning (2,10) va odamlarning (32) butun buyrak to'qimalarining boshqa scRNA-seq tahlillari ham ushbu C1q ifodalovchi klasterni aniqladi. C1q ifodalovchi klasterda yangi sirt belgilari Cd74 va Cd81 turlar bo'ylab buyrakda yashovchi makrofaglarning potentsial nomzod belgilari sifatida aniqlandi (31). Bu CD741 CD811 hujayralari infiltratsiya qiluvchi (CD11bhiF4/80lo) makrofaglarga nisbatan rezident (CD11bloF4/80hi)da ko'proq ekanligini ko'rsatuvchi oqim sitometriyasi tahlillari bilan tasdiqlangan va parabiotik sichqoncha modeli yordamida suyak iligidan olingan hujayralar bilan minimal almashinuvni tasdiqlagan. Bu nomzodlar yallig'lanish jarayoni davomida o'zgarib turadimi yoki yo'qmi noma'lum. Haqiqatan ham, C1qa ifodasi bizning qaytariladigan bir tomonlama ureteral obstruktsiya (R-UUO) tadqiqotida 12 miyeloid kichik to'plamdan o'zgargan (10). Kelajakda topilmalarni kontekstuallashtirish uchun sichqoncha shtammining ta'sirini qo'shimcha tekshirish muhim bo'ladi. Darhaqiqat, inbred laboratoriya sichqonlari shtammlari o'zlarining immun javob shakllarida juda xilma-xil bo'lishi mumkin; masalan, bir tomonlama ishemik reperfuzion shikastlanishdan so'ng (IRI) 129/Sv sichqonlarida C57BL6/J sichqonlariga qaraganda kamroq infiltratsiya qiluvchi leykotsitlar borligi ko'rsatilgan (33).

Buyrak shikastlanishi va kasalliklarida scRNA-Seq tadqiqotlari

Miyeloid hujayralarning fazaga bog'liq oqimi va ularning fenotipidagi o'zgarishlar buyrak kasalliklari vaqtida sodir bo'ladi (34). AKI ning surunkali buyrak kasalligiga (CKD) o'tishida hujayrali landshaftni aniqlash uchun Valle Duraes va boshqalar. (35) buyrak regeneratsiyasini yoki fifibrozni o'rganish uchun darhol kontralateral nefrektomiya bilan yoki bo'lmagan bir tomonlama IRI modelida scRNA-seqdan foydalangan. Rezident va yallig'lanishli makrofaglar, neytrofillar / monositlar, DC / monositlar, NK hujayralari, T hujayralari va B hujayralarini o'z ichiga olgan ettita asosiy klaster aniqlandi. Sog'lom buyrakda doimiy makrofaglar hukmronlik qilgan, jarohatdan keyin yallig'lanish makrofaglari sezilarli darajada kengaygan va rezident makrofaglar ishlatilgan modeldan yoki jarohatdan keyingi vaqtdan qat'iy nazar yo'qolgan. Neytrofillar/monotsitlar va DC/monotsitlarning aralash populyatsiyalari shikastlanishdan keyin ham kengaydi. Boshqa bir tadqiqotda snRNA-seq AKI ning ikki tomonlama IRI modeli bilan ishlatilgan (36). Bu erda proksimal tubulalar diqqat markazida bo'lsa-da, oltita leykotsitlar klasterlari aniqlandi: uchta makrofag subtiplari, DC, T hujayralari va B hujayralari. Birlashtirilgan leykotsitlar klasterida o'tkazilgan ligand-retseptorlar tahlili vaqt o'tishi bilan Ccl2 (tubulointerstitium) Ccr2 (leykotsitlar) signaliga o'zgarishlarni taklif qildi; fibroblastlar va endotelial hujayralar leykotsitlarga signal beruvchi birinchi hujayra turlari bo'lgan, keyin esa leykotsitlar-leykotsitlar signali va proksimal kanalchalardan Ccl{11}}Ccr2 ko'tarilgan signallari shikastlangandan keyin 2 kun va 6 haftada tiklana olmagan. Birinchi va ikkinchi makrofaglar klasterlari F13a1 va Vcan kabi markerlarga asoslangan rezident va yallig'lanishli makrofaglar bo'lishi mumkin. Uchinchi klaster Mmp12, makrofagga xos metalloproteinaza va M2 polarizatsiyasini rag'batlantirish uchun taklif qilingan yallig'lanishning salbiy regulyatori Gpnmb ning yuqori darajasini ifoda etdi. Bu va DC klasteri buyrak reparativ fazada bo'lganida jarohatdan keyingi 2 va 6 xaftalarda eng ko'p bo'lgan. Bizning guruhimiz yaqinda sichqoncha R-UUO modelida scRNA-seqdan foydalandi, bunda obstruktsiya qaytarilgandan so'ng CKDning o'ziga xos belgisi bo'lgan o'rnatilgan tubulointerstitial fibrozning regressiyasi sodir bo'ladi (10). Qizig'i shundaki, biz faqat UUO teskarisiga uchragan buyraklardagi makrofaglar klasterini ham xabar qildik; u, shuningdek, Mmp12 va tozalash retseptorlari, jumladan Gpnmb va Mrc1 ifodasi bilan tavsiflangan. Biz ilgari jigar kasalligini bartaraf etish paytida jigarda shunga o'xshash Mmp121 mac profagi haqida xabar bergan edik (37). Garchi bu Mmp121 hujayralari Immunologik genom loyihasi ma'lumotlar bazasida makrofaglarga o'xshash bo'lsa-da, ular morfologik jihatdan monositlarga o'xshardi va immunofloressensiyada Ccr2 ning yuqori darajasini, ammo past darajadagi F4/80 ni ifodaladi. Bundan tashqari, ularning transkriptomlari IRI dan tiklanish vaqtida buyrakka infiltratsiya qiluvchi monotsitlarga eng mos keladi. Biz FITC bilan belgilangan kollagen bilan oziqlangan suyak iligidan olingan monotsitlar Mmp12 va Gpnmb ifodasini oshirganligini aniqladik, bu kollagenning fagotsitozi ushbu belgilarning ifodasini keltirib chiqarishi mumkinligini ko'rsatdi.

Buyrak shikastlanishi va tiklanishidagi miyeloid hujayralarni tavsiflashda biz R-UUO modelida yana o'n bitta miyeloid hujayralar to'plamini, shu jumladan yangi fenotipga ega bo'lgan ba'zilarini aniqladik. Bu oqim sitometriyasida quyi to'plamlarni monotsit va makrofag eshiklariga joylashtirish uchun tomchilar va plastinkaga asoslangan scRNA-seqni indeks aloqasi bilan birlashtirish orqali noyob tarzda amalga oshirildi (10). Uchta monotsit klasteri aniqlandi: patrul va yallig'lanish subtiplari va faqat UUO 2-kunida (o'tkir shikastlanish bosqichi) mavjud bo'lgan Arg1 ni ifodalovchi noyob "profibrotik" kichik tip. Ushbu Arg11 xujayralari Ly6c2 bo'lmasa-da, Ly6C1 yallig'lanish monositlari, shu jumladan Ccr2 va F13a1 belgilarini ifoda etdi. Bundan tashqari, ular gipoksiya, profibrotik va proinflamatuar genlarni, shuningdek hujayradan tashqari matritsa komponentlarini va hujayradan tashqari matritsa o'zaro bog'lovchilarini kodlovchi genlarni ifodalashi ko'rsatildi. Arg11 monotsitlari va mezenxima hujayralari o'rtasida aniqlangan bir qator ligand-retseptor juftlari bilan birgalikda, bu ma'lumotlar Arg11 hujayralari shikastlangan buyrakning gipoksik va yallig'lanish muhitida profibrotik fenotipga keskin faollashgan Ly6C1 monotsitlaridan olingan bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi. Haqiqatan ham, surunkali progressiv buyrak shikastlanishi paytida monositlarning kirib borishi to'lqinlari mavjud (35).

Qizig'i shundaki, sepsis tufayli buyrak shikastlanishi modelida makrofaglar subklasteri Mrc1 (38) kabi muqobil makrofag faollashuvi belgilari bilan bo'lsa-da, jarohatdan keyingi keyingi vaqt nuqtalarida Arg1 ifodasini ko'rsatdi. Biz juftlashgan qon almashinuvi yordamida buyraklarga jalb qilingan aylanma immun hujayralari taqdirini qo'shimcha ravishda kuzatdik. Bu parabiozga nisbatan afzalliklarga ega, chunki donor hujayralar qon aylanishida juda ko'p miqdorda nisbatan qisqa vaqt davomida saqlanadi, bu esa jarohatlardan keyin yoki kasallikni bartaraf etishda bir necha vaqt nuqtalarida hujayralarni kuzatish imkonini beradi. Juftlashgan qon almashinuvi, oqim sitometriyasi va psevdotime tahlillarini birlashtirib, biz UUO 2-kunida tiqilib qolgan buyrakka donor monositlarini erta jalb qilishni ko'rsatdik; UUO 7-kunida ular rezident makrofaglar bilan deyarli bir xil bo'lgan transkriptomli CCR2hi makrofaglariga o'tishdi. Boshqa ishlar CCR21 hujayralarining zararli ekanligidan dalolat beradi: CCR2 inaktivatsiyasi bo'lgan IRI modelida buyrak F4/80 makrofaglari kengayishi va buyrak fibrozining zo'ravonligi pasaygan (5). Ushbu yangi populyatsiyalar CKD kontekstida barcha bosqichlarda mavjudmi yoki yo'qligini aniqlash kerak; masalan, Mmp121 makrofaglari endogen buyrakni tiklash mexanizmlari faol bo'lgan va tuzatishga urinayotgan shikastlanishning dastlabki nuqtalarida mavjudmi yoki faqat chandiqli matritsa mavjud bo'lganda, doimiy shikastlanish qo'zg'atuvchisi bo'lmasa? Dhillon va boshqalar. (39) foliy kislotasi nefropati modelidan sog'lom va fibrotik sichqon buyraklarida scRNA-seq tahlilini o'tkazdi. O'n to'rtta immun klaster aniqlandi, ularning oldingi tadqiqotida faqat beshtasi (2), shu jumladan makrofaglar, DC ning subklasterlari (CD11b1 / 2, PDC), granulotsitlar va limfotsitlar. Yana bir tadqiqot UUO kuni 14 da obstruksiyalangan (fibrotik) sichqoncha buyraklarida scRNA-seq va snRNA-seq solishtirildi. Ikkala usulda ham genlarni aniqlash mumkin edi; ammo, scRNA-seq bilan solishtirganda, snRNA-seq dissotsilanishning kamaygan moyilligi va dissotsiatsiyadan kelib chiqqan transkripsiyaviy stress javoblariga ega edi (19).

Bu erda bitta makrofag klasteri aniqlangan, ammo tadqiqotchilar ko'plab ajratilgan yallig'lanishga qarshi sitokinlarni, jumladan Ccl2, makrofag proliferativ sitokin IL-34 va neytrofil kimyoatrakantlari Cxxcl2 va Cxcl2 va boshqalarni ifodalovchi yangi "differentsiatsiyalangan" proksimal tubula klasterini aniqladilar. Ushbu tadqiqot yana shuni ko'rsatadiki, snRNA-seq shikastlangan va yallig'langan buyraklardagi immun populyatsiyalarni aniqlashda scRNA-seq kabi qodir emas. Haqiqatan ham, xuddi shu guruh insonning diabetik buyraklarining kriyoprezervativ namunalarida snRNK-seqni amalga oshirdi (40). Qandli diabetga chalingan buyraklar, kutilganidek, nazorat buyraklari bilan solishtirganda leykotsitlar sonining ortishi aniqlandi. Monotsitlar, plazma hujayralari, T hujayralari va B hujayralari aniqlandi; ammo, 2-toifa diabetda makrofaglarning roli yaxshi hujjatlashtirilganiga qaramay, makrofaglar populyatsiyasi yo'q edi (41). Tadqiqotchilar diabetga chalingan namunalarini ommaviy ravishda mavjud bo'lgan PBMC ma'lumotlar to'plamlari bilan taqqosladilar, chunki nazorat namunalarida leykotsitlar soni kichik edi. Infiltratsiya qiluvchi diabetik CD141 monotsitlarida ham, CD161 monotsitlarida ham yallig'lanish belgilarining ko'payishi kuzatildi. Yaqinda Kuppe va boshqalar. (42) inson buyragining bir hujayrali xaritasini yaratdi, bunda tubulointerstitium va CKDda fifibroz rivojlanishiga e'tibor qaratildi. Shu bilan birga, CD102 (proksimal bo'lmagan quvurli) tartiblangan hujayralarda uchta makrofag subtiplari, monositlar, DC va mast hujayralari, NK, T va B hujayralari aniqlandi. Tadqiqotchilar buyrak fifibrozi bilan bog'liq yo'llarning ishchi modelini taklif qilishdi, ammo profibrotik signalizatsiyada muhim rol o'ynaydigan immun hujayralar qo'lga olinganiga qaramay, ushbu modelda yo'q edi. Turli patologik holatlardagi immunitet hujayralari haqidagi tushunchamizni yanada kengaytirgan holda, tadqiqot tizimli qizil yugurukning tez-tez uchraydigan asoratlari bo'lgan qizil yugurukli nefritli bemorlarda inson buyragining immun manzarasini tasvirlab berdi (43).

Lupus nefritli bemorlardan va sog'lom nazoratdan olingan buyrak namunalari scRNA-seq yordamida tahlil qilindi. Bu yigirma bitta immun klasterni, shu jumladan yallig'lanishga qarshi va yallig'lanishni bartaraf etuvchi javoblardagi ko'plab miyeloid hujayralar to'plamini aniqladi: yallig'lanishli CD161 makrofaglari, fagotsitar CD161 makrofaglari, to'qimalarda yashovchi makrofaglar, M{61}makrofaglar, CD1, c makrofaglar. pDClar. To'qimalarda yashovchi makrofaglar sog'lom buyraklardagi dominant klaster edi. Miyeloid hujayralar, shuningdek, transplantatsiyani rad etishda asosiy o'yinchilar sifatida tobora ko'proq e'tirof etilmoqda. Dangi va boshqalar. (18) sichqoncha modelida miyeloid hujayralar to'plamining buyrak transplantatsiyasini rad etishga qo'shgan hissasini ajratish uchun scRNA seqdan foydalangan. O'n uchta klaster immun hujayra turlari sifatida aniqlandi, jumladan ikkita makrofag quyi to'plami, monotsitlar, pDCs, cDCs va o'tish monotsit / makrofag populyatsiyasi. Kutilganidek, barcha immun hujayralar klasterlaridagi hujayralar soni buyraklarni rad etishda eng ko'p bo'lgan, keyin toleratsiya qilingan buyraklar va sodda buyraklarda sezilarli darajada past va ko'pincha ahamiyatsiz edi. Makrofaglar klasteri T hujayralaridan keyin ikkinchi eng ko'p bo'lgan. Qizig'i shundaki, eng yuqori klasterni aniqlovchi genlar orasida Axl faqat greft-infiltratsiya qiluvchi miyeloid hujayralar klasterlari 1 va 2 makrofaglar klasterlari va makrofaglar / monositlar klasterlari tomonidan ifodalangan, ammo boshqa hujayralar tomonidan emas. Axl11 makrofaglari rad etilgan buyraklarga nisbatan sezilarli darajada yuqori ekanligi aniqlandi va Axl yallig'lanish makrofaglarining intragraft farqlanishiga yordam berdi. Boshqa scRNA-seq tadqiqotida Wu va boshqalar. (32) o'tkir rad etishni boshdan kechirgan qabul qiluvchidan buyrak allogreft biopsiyasini tahlil qildi. Ular odamlarda buyrakni rad etishda miyeloid hujayralarning rolini qo'llab-quvvatlovchi, ehtimol proinflamatuar va klassik yoki oraliq bo'lgan ikkita alohida monosit populyatsiyasini aniqladilar.

Xulosa

So'nggi bir necha yil ichida bitta hujayrali genomika (scRNA-seq bilan) tadqiqotchilarga salomatlik va kasallikdagi alohida hujayra turlarining roli va o'zaro ta'sirini aniqlash uchun yangi eksperimental asboblar qutisini taqdim etdi. Bu murakkab organlarda miyeloid hujayra biologiyasi haqidagi tushunchamizni, shu jumladan hujayra ontogenezi, differentsiatsiyasi, gomeostazi va faollashuv holatlari diapazoni aspektlarini qayta baholashga imkon beradi. Bu, ayniqsa, buyraklar uchun juda muhimdir, bu erda miyeloid bo'linma ichidagi hujayralarning heterojenligi va plastisitivligi gomeostatik va kasallik sharoitida aks etadi. Inson namunalaridan foydalangan holda alohida eksperimentlardan olingan ma'lumotlar to'plamining integratsiyasi muhim ahamiyatga ega bo'ladi; odamlar genetik jihatdan heterojen va o'zgaruvchan atrof-muhit ta'siriga ega va etarli namunalarni sotib olish qiyin bo'lishi mumkin. Bu bizning topilmalarimizning tarjima qilinishini aniqlashni davom ettirish zarurligini ham ta'kidlaydi. Asosiy va translyatsion tadqiqotlarda scRNA-seq qo'llanilishi eksperimental va analitik usullarning doimiy rivojlanishi va standartlashtirilishi bilan eksponent ravishda o'sishi kutilmoqda.

qo'shimcha ma'lumot uchun:ali.ma@wecistanche.com